CN102050445A - 一种炭化活化一体的活性炭生产方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炭化活化一体的活性炭生产方法及其设备，其中所述生产方法包括如下步骤：原料准备，将煤料高速解粒，并在富氧环境中进行预氧化，使煤料具备初步吸附性能，并在配煤过程中加入固体煤沥青，然后将解粒预氧化后的半成品压制成型，并破碎整粒为炭化活化原料；炭化活化的一体化生产，将原料送入炭化活化一体炉，利用炉体中返回的高温烟气对原料进行预热；然后将预热后的原料随炉体的转动从炉头向炉尾转移，再后通过炉头和炉尾喉管中喷出的混合气体对炭化后的原料进行活化；最后，活化后的原料经冷却系统降温后排出炉体。本发明的活化速率高、产率高、成本低，并实现了自热平衡和产品升级，同时减少了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产煤质活性炭的方法和设备，更具体地，涉及一种炭化活化一体的活性炭生产方法及其设备。
背景技术
炭化和活化是生产加工活性炭必不可少的两个环节。
炭化是一个缓慢升温的过程，大致分为三个阶段：第一阶段是干燥阶段；第二阶段是开始热解阶段；第三阶段是炭化阶段，其中以缩聚和分解反应为主。
活化方式一般分为三种，即气体活化法、化学药物活化法和化学物理活化法。目前，国内外以无烟煤、烟煤和褐煤为原料生产活性炭的厂家一般都采用气体活化法。
煤质活性炭的传统制备工艺存在如下缺点：第一、传统工艺中的炭化工序和活化工序是在相互独立的车间进行的，其炭化、活化时间长，产率低，总体制造成本高；第二、所需原料的转运要依靠大量的机械或人力，既不经济，效率也低；第三、需单设锅炉来提供炭化和活化所需的蒸汽；第四、在生产过程中，因需要燃烧大量的燃料煤，并排出大量的二氧化硫、二氧化碳等有害气体和粉尘，从而造成严重的环境污染。
用于活性炭生产的炭化炉种类很多，诸如立式移动床窑炉、土窑炉、坑式炉、耙式炉、回转炉等。而回转炭化炉是在目前国内外煤质活性炭生产中使用最为广泛的炭化设备，其根据加热方式的不同又分为外热式和内热式回转炭化炉两种。
活化设备是煤质活性炭生产过程中的核心设备。目前应用较多的活化炉是生产量较大的耙式炉、斯列普炉以及生产量较小的回转活化炉。但是，现有的回转活化炉存在如下缺点：第一、在正常生产过程中，需要不断外加热源，且所需燃料消耗较大；第二、单台设备生产能力小，工艺控制调节比较困难，产品质量稳定性差；第三、对设备材料的耐热性能要求高，且只能用于生产木炭活性炭，不能用于生产煤质活性炭。一般说来，煤质活性炭的工艺条件比木质活性炭要高；木质活性炭的工艺不能用于煤质活性炭的生产，而煤质活性炭的工艺可用于木质活性炭的生产。
CN 2900492Y公开了一种炭化活化一体炉，由炉体、锅炉、火道、炉门和烟囱组成，其中包括上层炭化炉和位于其下的活化炉，位于炉体一端的锅炉周边外围设有火道，两端分别与炭化炉和活化炉的端口连接，活化炉的底部为带孔的耐火板，活化炉的上面设有多孔输气管，活化炉的下面设有输风管。该活化炉能同时连续不断地进行炭化、活化，采用木片、木屑、竹屑、果壳等下料生产活性炭；但是，需要通入新鲜空气调控炉内温度，并通入水蒸气进行活化以确保产品质量。
CN 201043140Y公开了一种自供热炭化活化一体回转炉，由进料口、废热锅炉、第一托轮、第一托圈、传动齿圈、回转炉体、第二托轮、第二托圈、保温层、抄料板、回转炉炉头、炉内胆、炉内拱、煤气燃烧孔、蒸汽加入管、进风孔、炉内墙、出料口、蒸汽管支架、炉内胆支臂、电机、减速机构成。该设备结构简单，操作方便，炭化和活化可连续完成，减少了生产工序，设备运行过程中无需外加热源，降低了生产成本。但是，该设备适用于一般意义上的活性炭的生产，不能用于生产煤质活性炭；而且，设备本身未能实现自热平衡，需要单设锅炉自供蒸汽。
发明内容
针对现有技术中的上述缺点，本发明的目的在于：提供一种适于生产煤质活性炭并实现自热平衡的炭化活化一体的活性炭生产方法及其设备。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
本发明的一种炭化活化一体的活性炭生产方法，所述生产方法包括如下步骤：原料准备：将煤料高速解粒，并在富氧环境中进行预氧化，使煤料具备初步吸附性能，并在配煤过程中加入固体煤沥青，然后将解粒预氧化后的半成品压制成型，并破碎整粒为炭化活化原料；炭化活化的一体化生产：将原料送入炭化活化一体炉，通过调节引风机的抽力，利用炉体中返回的高温烟气对原料进行预热；然后将预热后的原料随炉体的转动从炉头向炉尾转移，实现原料在炭化段的升温炭化，再后通过炉头和炉尾喉管中喷出的混合气体对炭化后的原料进行活化；最后，活化后的原料经冷却系统降温后排出炉体。
优选地，在所述原料准备步骤中，将粒度为大于0而小于等于6mm的无烟煤、烟煤或褐煤解粒为320网目。
优选地，在所述原料准备步骤中，使煤料具备初步吸附性能的碘吸附值为200～800mg/g。
优选地，在所述原料准备步骤中，加入固体煤沥青的添加量占原料重量份的10～20％。进一步，在配煤过程中加入粘合性和骨架材料。更进一步，所述粘合性和骨架材料为煤沥青。
优选地，在所述炭化活化的一体化生产步骤中，所述炉头和炉尾喉管中喷出的混合气体为空气、水蒸气，二者的体积比例为1∶1～5。
本发明的另一目的在于提供一种炭化活化一体炉，包括通过第一托辊和第二托辊设置在基部上的炉体，所述炉体通过第一滚圈和第二滚圈与所述第一托辊和第二托辊相连，所述基部上还设有通过传动链条与所述炉体配合连接的传动系统，所述炭化活化一体炉还包括设置在所述炉体炉头、炉尾两端的炉头喉管和炉尾喉管、以及与所述炉头喉管和炉尾喉管相连的储气罐。
优选地，所述炉体的炉尾端还连接有余热锅炉、引风机和烟管，所述余热锅炉通过烟管与引风机相连。
优选地，所述炉体还包括设置在炉尾端的冷却系统。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)由于本发明将传统的炭化、活化工段合二为一，因此加快了炭化、活化的速率，并有效提高了工效。与国内普遍采用的传统斯列普活化炉相比，其活化速率高(活化时间缩短至少12倍)、产率高(产品产率提高10％)、成本低(与同等产品相比，成本下降20％)；所述活化炉构造简单，操作灵活、直观，检修方便，启动停止活化炉的耗时大幅度缩短。
(2)本发明以固体添加剂煤沥青代替了原有的液体黏合剂煤焦油，减少了环境污染，降低了生产成本，同时也实现了洁净化生产，有效改善了工作环境。
(3)在本发明的炭化活化过程中，通过充分利用热溶解降灰的特性，生产出灰分小于5％的煤质活性炭，从而实现了产品升级，扩大了煤质活性炭的应用领域。
(4)本发明中的余热锅炉配置的优点如下：首先，该配置方式提供了炭化、活化所需的活化剂，实现了自热平衡而无需外加热源，从而达到了洁净化生产水平，既节能又降耗，实现对环境友好的工业化生产模式；其次，有效提高了产品质量及其产能；再有，实现炉体内的恒温；另外，可回收利用热源，所产生的多余蒸汽被输送至其他单位再利用，从而使其效益最大化。
附图说明
图1为本发明炭化活化一体炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释和说明。应该理解，下述内容仅是对本发明的具体描述，本发明并不因此而受到任何限制。
如图1所示，本发明的炭化活化一体炉包括支架平台1、炉头喉管2、受料斗3、第一滚圈4、传动链条5、炉体6、第二滚圈7、冷却系统8、炉尾喉管9、余热锅炉10、引风机11、烟管12、第一托辊13a、第二托辊13、基部14、传动系统15(包括冷却盘管，图中未示出)；炉体6的一端固定于支架平台1上，炉体6的一端从上至下分别设置有受料斗3和炉头喉管2，其中受料斗3设于炉头端的靠上方，炉头喉管2设于受料斗3下方，接近炉体6的两端的底部分别由第一托辊13a和第二托辊13支撑，靠近炉体6一端的外部围绕有固定于第一托辊13a之上的第一滚圈4，靠近炉体6另一端的外部围绕有固定于第二托辊13之上的第二滚圈7，固定于基部上面的传动系统15位于第一托辊13a和第二托辊13之间，靠近炉体6一端的外部围绕有与传动系统15连接的传动链条5，与炉头喉管2相对应的炉尾喉管9设置于炉体6的另一端，炉体6外部围绕有冷却系统8，冷却系统8下方设有出料口17，余热锅炉10的一端与炉体6的另一端连接，余热锅炉10的另一端与引风机11的第一接口连接，引风机11的第二接口与烟管12连接。本发明的上述炭化活化一体炉构造简单，操作灵活、直观，并且检修方便，使得启动停止活化炉的耗时大幅度缩短。
在炭化活化生产的第一阶段即原料准备阶段中，首先，将无烟煤、烟煤或褐煤高速解粒，将大于0而小于等于6mm的粒度提高到320网目，并在富氧环境中进行预氧化，以达到低温炭化的目的，使其具备初步吸附性能，碘(I2)吸附值达到200～800mg/g，为后续的活化造孔创造条件；其次，在配煤过程中加入固体添加剂，例如加入占原料重量份10～20％的固体煤沥青，以代替原有的黏合剂煤焦油，从而减少生产污染，做到排放达标，同时增加粘合性和骨架材料例如煤沥青，以提升成品强度；第三，采用干法辊压式成型设备例如压块机，将配制好的解粒预氧化后的半成品压制成型，再破碎整粒为炭活化原料。
在炭化活化生产的第二阶段即炭化活化的一体化生产阶段，将活化原料通过给料机(图中未示出)、入料口16并经受料斗3向炉体6内均匀下料，活化原料在炉体6内随一体炉的转动被不断地翻动，在原料从炉体6一端逐渐向炉体6另一端推进的过程中，原料在逐步升温的同时也继续得以炭化。
原料完成炭化后连续进入活化段，通过炉头喉管2和炉尾喉管9共同喷射的空气-蒸汽混合气体18和19进行高温活化反应，其中，空气-蒸汽混合气体18和19的体积比例为1∶1～5，更优选为1∶2～4，上述反应的活化温度为800℃至1000℃。
由此先后完成了原料的炭化和活化。反应后的原料由一体炉炉尾的出料口17进入冷却系统15的冷却盘管，降温后排出炉体，由此制得灰分低于5％的煤质活性炭。
原料在炭化和活化中产生的可燃气体，与通过炉头喉管2、炉尾喉管9和引风机11引入的空气发生氧化还原反应。点燃可燃性气体，其放出的热量用来满足生产过程中所要求的热量和温度梯度。
通过引风机11的作用，可将炉体6内炭化、活化后的高温烟气引入余热锅炉10，通过换热作用将余热锅炉10内的水汽化为水蒸汽，并引入炉体6的炉头喉管2和炉尾喉管9内，以完全实现自热平衡，自供蒸汽。
余热锅炉10内的水由可自动补水的装置(图中未示出)随时自动补水。
所述活化一体炉为单开门或双开门，炉体为圆柱形或现有的其他形状。本发明的设备可根据原料、产品指标的要求，通过调整炉头喉管2、炉尾喉管9来确定炭化段与活化段的长度。
上述生产工艺及设备按照自动化、数字化水平设计，从原料入炉到制得产品，均采用自动化设备并进行程序控制，实现了单人自动化操作。
实施例1
如图1所示，炭化活化一体的活性炭生产方法如下：
原料准备阶段
首先，将太西无烟煤高速解粒，由原来的200网目(即0.075mm)提高到320网目，并在富氧环境中进行预氧化，以达到低温炭化的目的，使其具备初步吸附性能，碘(I2)吸附值达到400mg/g，为后续的活化造孔创造条件；其次，在配煤过程中加入占原料15重量％的固体煤沥青，代替原有的黏合剂煤焦油，以减少生产污染，做到排放达标，同时增加粘合性和骨架材料煤沥青，以提升成品强度；第三，采用干法辊压式成型设备压块机，将配制好的解粒预氧化后的半成品压制成型，再破碎整粒为炭活化原料。
炭化活化的一体化生产阶段
将活化原料通过给料机(图中未示出)、入料口16并经受料口3向炉体6内均匀下料，将活化原料在炉体6内随一体炉的转动而不断地翻料，并从炉体6的一端逐渐向炉体6的另一端推进，此过程是对原料一个逐步升温的过程，同时也是继续炭化的过程。原料完成炭化后连续进入活化段，通过炉头喉管2和炉尾喉管9共同喷出的空气-蒸汽混合气体18和19进行高温活化反应，其中，空气-蒸汽混合气体18和19的体积比例为1∶2，上述反应的活化温度为850℃至950℃。
由此先后完成了原料的炭化和活化。反应后的原料由一体炉炉尾的出料口17进入冷却系统15的冷却盘管，经其降温后排出炉体，从而制得碘值为1000mg/g的柱状煤质活性炭(直径3.3mm-3.7mm)。其中，炉头的混合气体18和19的压力为0.14MPa，炉尾的混合气体18和19的压力为0.17MPa，炉体转速为130±10转/秒，炉头温度为750±10℃，炉尾温度为850±10℃，活化时间为5h，产率为50％。
实施例2
如图1所示，炭化活化一体的活性炭生产方法包括：
将太西无烟煤高速解粒，由原来的4网目(即4.75mm)提高到320网目，碘(I2)吸附值达到200mg/g，在配煤过程中加入重量20％的固体煤沥青，空气-蒸汽混合气体18和19的体积比例为1∶4。其他方法步骤与实施例1相同。
实施例3
如图1所示，炭化活化一体的活性炭生产方法包括：
将太西无烟煤高速解粒，由原来的6mm提高到320网目，碘(I2)吸附值达到500mg/g，在配煤过程中加入重量20％的固体煤沥青，空气-蒸汽混合气体18和19的体积比例为1∶4。其他方法步骤与实施例1相同。
实施例4
如图1所示，炭化活化一体的活性炭生产方法包括：
将太西无烟煤高速解粒，由原来的3mm提高到320网目，碘(I2)吸附值达到300mg/g，在配煤过程中加入重量10％的固体煤沥青。其他方法步骤与实施例1相同。
显而易见，本领域的普通技术人员，可以用本发明的一种生产煤质活性炭的方法和设备，构成各种类型的活性炭的生产方法和生产设备。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
Claims (10)
1.一种炭化活化一体的活性炭生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
原料准备：将煤料高速解粒，并在富氧环境中进行预氧化，使煤料具备初步吸附性能，并在配煤过程中加入固体煤沥青，然后将解粒预氧化后的半成品压制成型，并破碎整粒为炭化活化原料；
炭化活化的一体化生产：将原料送入炭化活化一体炉，通过调节引风机的抽力，利用炉体中返回的高温烟气对原料进行预热；然后将预热后的原料随炉体的转动从炉头向炉尾转移，实现原料在炭化段的升温炭化，再后通过炉头和炉尾喉管中喷出的混合气体对炭化后的原料进行活化；最后，活化后的原料经冷却系统降温后排出炉体。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述原料准备步骤中，将粒度为大于0而小于等于6mm的无烟煤、烟煤或褐煤解粒为320网目。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，在所述原料准备步骤中，使煤料具备初步吸附性能的碘吸附值为200～800mg/g。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述原料准备步骤中，加入固体煤沥青的添加量占原料重量份的10～20％。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在配煤过程中加入粘合性和骨架材料。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述粘合性和骨架材料为煤沥青。
7.根据权利要求1所述的生产方，其特征在于，在所述炭化活化的一体化生产步骤中，所述炉头和炉尾喉管中喷出的混合气体为空气、水蒸气，二者的体积比例为1∶1～5。
8.一种炭化活化一体炉，包括通过第一托辊(13a)和第二托辊(13)设置在基部(14)上的炉体(6)，所述炉体(6)通过第一滚圈(4)和第二滚圈(7)与所述第一托辊(13a)和第二托辊(13)相连，所述基部(14)上还设有通过传动链条(5)与所述炉体(6)配合连接的传动系统(15)，其特征在于，所述炭化活化一体炉还包括设置在所述炉体(6)炉头、炉尾两端的炉头喉管(2)和炉尾喉管(9)、以及与所述炉头喉管(2)和炉尾喉管(9)相连的储气罐。
9.根据权利要求8所述的炭化活化一体炉，其特征在于，所述炉体(6)的炉尾端还连接有余热锅炉(10)、引风机(11)和烟管(12)，所述余热锅炉(10)通过烟管(12)与引风机(11)相连。
10.根据权利要求8所述的炭化活化一体炉，其特征在于，所述炉体(6)还包括设置在炉尾端的冷却系统(8)。
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